JPS63278687A - レ−ザ出力モニタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高速繰り返しパルスレーザ光を用いるレーザ
加工に関し、特に加工品質の良否判定能力を向上させた
レーザ出力モニタ装置に関する。

（従来の技術） 高速繰り返しパルスレーザ光は、パルス繰り返し数が大
体５０〜２００パルス／秒のパルスレーザ光で、主にシ
ーム溶接や切断等のレーザ加工に用いられている。

レーザ光発生手段としてよく使われるのはＹＡＧレーザ
で、クリプトンランプ等の励起用フラッシュランプを上
記のパルス繰り返し数に相当する周波数で点滅させてＹ
ＡＧレーザロッドをパルス発振させるようにしている。

このような高速繰り返しパルスレーザ光を用いるレーザ
加工において加工品質を自動的に管理するために、レー
ザ出力をモニタする装置が使われている。

従来のレーザ出力モニタ装置は、大別して熱量計測方式
と光検出方式の２つの型に分けられる。

熱量計測方式のモニタ装置は、カロリ・メータによりパ
ルスレーザ光を熱量に変換しさらにその！Ａ量を電気信
号に変換する一方、カウンタによりパルスレーザ光の総
発生個数を計数し、該電気信号の累積値、つまり総発熱
量（ジュール）を該総発生個数の計数値で割算すること
によってパルス１個当たり平均出力（ジュール）を算出
し、この平均出力が基準値よりどれだけずれたかどうか
で加工品質の良否を判定するようにしている７、光検出
方式のモニタ装置は、フォトダイオード等の光検出器に
よってレーザ出力の瞬時値に対応した電気信号（検出信
号）を得て、各パルス毎に該検出信号を一定の基準値と
比較し、その誤差が所定値より大きい場合に不良と判定
してＮＧを発するようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述のような熱量計測式は、パルスレーザ光の出力を一
旦熱に変換するため、追随性ないし応答性が悪く、計測
値が得られるまで２０秒ないし３０秒もかかるという欠
点がある。したがって、最近は光検出方式が主流になっ
ている。

しかしながら、従来の光検出型モニタＨ’ｔｔには次の
ような問題があった。

すなわち、第４図に示すようなレーザ出力の瞬時値が検
出された場合、従来は、個々のパルスレーザ出力ＰＲＩ
〜Ｐ　’Ｒｎが一定の設定許容範囲ＬＰ−ＵＰ内にある
かどうかを検査して、その範囲から出たパルスＰ　Ｒ２
，Ｐ　Ｒ５，・・・・をＮＧとし、そのＮＧの総数が設
定数を越えたかどうかで加工品質の良否を判定していた
。しかし、ＹＡＧのような固体レーザは熱レンズ効果が
あるためどうしても個々のパルスレーザ出力のバラツキ
は避けられず、このバラツキに対して許容範囲ＬＰ−Ｕ
Ｐを調整しても判定精度が向上するとは限らない。むし
ろ、現実には個々のパルスで多少のバラツキがあっても
全体では良好な加工品質となることがよくある。

し７かして、従来の光検出型モニタ装置は一定（単一）
の基準値で各パルスレーザ出力を判定する装置であるた
めに、その判定結果は実際のレーザ出力特性および加工
品質にマツチしないことが多かった。

また、第５図に示すように、金属ケースの蓋部１００に
対し、合わせ目１０２に沿ってパルスレーザ光のスポッ
トＳＰを移動させることにより、合わせ目１０２を一周
にわたって連続的に溶接接合するようなシーム溶接を行
う場合、従来はパルスレーザ光のピーク出力値を一定に
制御してビームスポットを移動させていた。ところが、
ビームスポットＳＰの移動速度、つまりレーザ出射装置
の移動速度のほうは一定ではなく、角部（例えばＣＩ　
−Ｃ２）では方向転換するためにかなり遅くなる。しか
して、そのような角部でのレーザエネルギの照射密度は
直線部でのそれよりもずっと大きくなり、その結果合わ
せ目１０２の一周にわたって一定な溶接強度ないし溶接
品質が得られないという不具合があった。

このようなシーム溶接に対しては、第６図に示すように
、ビームスポットＳＰの移動速度が落ち込む角部Ｃ１−
Ｃ２，０３〜Ｃ４，・・・・でレーザ出力が低くなるよ
うに設定したほうが、結果的には合わせ目１０２の一周
（加工区間）全体で一定な溶接品質が得られよう。

しかるに、従来のレーザ出力モニタ装置は、一定の基準
値で全てのパルスレーザ出力を判定するようなものだか
ら、第５図のような変形パターンのモニタには対応でき
ない。

本発明は、かかる問題点に鑑み、実際のレーザ出力特性
および加工品質にマツチし、任意のレーザ出カバターン
に対応できるレーザ出力モニタ装置を提供することを目
的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、所定の加工区間で
高速繰り返しパルスレーザ光を被加工物に照射するレー
ザ加工において、高速繰り返しパルスレーザ光のレーザ
出力を各パルスについて検出するレーザ出力検出手段と
；良好な加工品質を与えた高速繰り返しパルスレーザ光
の各レーザ出力検出値を加工区間内のパルス全体にわた
りレーザ出力基準値として設定し記憶する手段と；モニ
タされるべき高速繰り返しパルスレーザ光について、各
レーザ出力検出値とそれに対応するレーザ出力基準値と
を加工区間内のパルス全体にわたって比較し、全体的な
比較誤差に基づいて加工の良否を判定する手段とを具備
する構成とした。

（作用） 本発明によれば、判定を行うためのレーザ出力基準値は
、理想的（理論的）な設定値ではなく、実際に加工して
みて良好な加工品質を得たときのレーザ出力検出値であ
る。

このようなレーザ出力基準値に対して、モニタされるべ
き高速繰り返しパルスレーザ光のレーザ出力検出値を比
較したほうが、実際のレーザ出力特性、加工品質特性に
マツチした判定が行える。

そして、本発明では、加工区間内のパルス全体にわたっ
ての比較誤差を基に総合的に判定するので、信頼性の高
い判定結果が得られる。つまり、レーザ出力検出値と基
準値をパルス全体としてパターン的に比較することによ
り、個別的な誤差にとられれない適格な判定が可能とな
る。

（実施例） 以下、第１図ないし第３図を参照して本発明の一実施例
を説明する。

第１図は、この実施例のシステム構成を示す。

レーザ電源１０は、レーザ加工の設定条件にしたがって
パルス状の励起用ランプ電流ＲＩ　Ｉ（１＝Ｉ〜Ｄ）を
レーザ発振器１２に供給する。レーザ発振器１２は、例
えばＹＡＧレーザであり、励起用ランプ電流ＲＩＩでフ
ラッシュランプをパルス点灯させて光をレーザロッドに
照射して高速繰り返しパルスレーザ光Ｐ　Ｒｉ（１：１
〜ｎ）を発振出力する。

レーザ発振器１２より出た高速繰り返しパルスレーザ光
ＰＲＩは、例えば０．１％の反射率をもつビームスプリ
ッタ１４を透過して外部へ送出され所定のレーザ加工、
例えばシーム溶接に供せられる。

ビームスプリッタ１４で反射された一部のパルスレーザ
光ＰＲＩ’は光フィルタ１６．レンズ１８を通って光セ
ンサ２０の受光面に入射する。光センサ２０は、例えば
ＰＩＮフォトダイオードからなり、パルスレーザ光ＰＲ
の瞬時的なレーザ出力を表すパルス状の電流信号ＰＩＩ
Ｎ＝１−ｎ）をレーザ出力検出信号として生成する。こ
のレーザ出力検出信号ＰＩｉは電流−電圧変換回路２２
で電圧信号ＰＶｉ（に１−ｎ）に変換されて積分回路２
４に入力され、ここで各パルス毎に時間積分される。

そして、各積分値Ｓ　Ｐ　ｌ　（１：１−ｎ）は、Ｓ／
Ｈ（サンプル・ホールド）回路２６およびＡ／Ｄ　（ア
ナログ・ディジタル）変換器２８によりディジタルのレ
ーザ出力検出データＤ　Ｐ　Ｉ　（Ｉｌｌ−ｎ）に変換
されてＣＰＵ３０に入力される。

ＣＰＵ３０は、後述するようにレーザ出力基準値設定、
比較８判定等の諸機能を果たすもので、メモリ３２に直
接接続するとともに、ｌ１０（入出力インターフェイス
）回路３４を介してプリ）′り３６．キーボード３８．
ディスプレイ４０．外部制御回路４２に接続する。

第２図は、この実施例によるＣＰＵ３０の諸機能を示す
ブロックである。実線のプロ、り１００〜１１４がＣＰ
Ｕ３０の機能である。なお、メモリ３２はバッファ３２
Ａ、基準値記憶部３２Ｂ。

誤差記憶部３２Ｃに共用されている。

第２図において、Ａ／Ｄ変換器２８からのレーザ出力検
出データＤ　Ｐ　Ｉ　（ＩＩＩ−ｎ）は入力部１００で
取り込まれると、先ずバッファ３２Ａに格納される。

基準値設定部１０２は、キーボード３８より基準値設定
を指示する信号を入力すると、それに応動シてバッファ
３２Ａに格納されている最新のレーザ出力検出データＤ
ＰＩをレーザ出力基準値（ＤＰＩ　＞として当該加工区
間内のパルス全体にわたり（ＩＩＩ−ｎ）基準値記憶部
３２Ｂに書き込む（登録）する。その際に、当該加工区
間の条件、例えばパルス数（ｎ）９周波数等のデータも
併せてストアする。上記の基準値設定指示信号は、テス
ト加工または実際の加工で良好な（望ましくは最適な）
加工品質が得られた場合にオペレータがキーボード３８
の所定ボタンを押すことによって発生される。また、加
工区間の諸条件は、キーボード３８からのキー人力にし
たがって加工区間条件設定部１０４で設定される。

さて、当該加工区間でモニタされるべき高速繰り返しパ
ルスレーザ光［ＰＲｌ−ＰＲｎコに対しては、バッファ
３２Ａよりレーザ出力検出データ［ＤＰＩ−ＤＰｎコが
比較器１０６に順次久方される一方、基準値読出部１０
８が基準値記憶部３２Ｂよりレーザ出力基準値＜ＤＰＩ
−ＤＰｎ＞を順次読み出して比較器１０６に転送する。

比較器１０６は、両人力データ［ＤＰＩコ、（ＤＰＩ　
＞間で減算または割算を行ってその誤差ＥＰ１を誤差記
憶部３２Ｃに格納する。

当該加工区間内のレーザ照射が終了すると、したがって
最後のパルスについての誤差ＥＰＩが誤差記憶部３２Ｃ
に格納されると、判定部１１０がパルス全体の誤差ＥＰ
Ｉ−ＥＰｎを基に予め設定された演算処理を行って当該
加工の良否を判定する。この演算処理としては、例えば
誤差ＥＰＩ〜ＥＰｎの平均値を求めるものや、一定値以
上の誤差ＥＰＩの個数の総和をとるもの等、各種の方法
が使用可能である。いずれの方法を使っても、良好な加
工品質を与えた高速繰り返しレーザ光のレーザ出力を基
準値として加工区間の全体にわたり総合的に比較判定す
るものであるから、実際の加工に則した信頼性の高い判
定結果が得られる。

プリント出力部１１２９画面表示部１１４は、モニタ出
力の制御を行うもので、モニタされるべき高速繰り返し
パルスレーザ光ＰＲのレーザ出力検出（ｉｉ！［ＤＰＩ
コと基準値＜ＤＰＩ＞の一方または両方を数値データま
たはグラフィックデータとしてプリンタ３６．ディプレ
イ４０にそれぞれプリント出力９画面表示させる。特に
、検出値［ＤＰＩ］と基準値＜ＤＰＩ＞をパルス毎に互
いに対応させてモニタ出力した場合には、パルス個々に
ついての誤差が明示されるので、レーザ出力特性や経時
変化の状態等に有用なデータが得られる。

第３図は、この実施例のモニタ動作のタイミングを示す
。第３図（Ａ）のような高速繰り返しパルスレーザ光の
各パルス［ＰＲｌコ（Ｉ：１〜ｎ）について、レーザ光
検出信号［ＰＩＩコ　（第３図Ｂ）。

積分値［ＳＰＩ］（第３図Ｃ）、レーザ光検出データ［
ＤＰＩコ　（第３図Ｅ）が生成される一方、基準値＜Ｄ
ＰＩ　＞　（第３図Ｆ）が読み出され、レーザ光検出デ
ータ［ＤＰＩコと基準値＜ＤＰＩ＞が比較される（第３
図Ｇ）。そして、最後のパルス［ＰＲｎ］についての比
較が終了した時点で全ての誤差ＥＰＩ−ＥＰｎを基に判
定が行われる（第３図Ｈ）。

なお、第３図（Ａ）〜（Ｄ）の点線は、基準値（ＤＰＩ
＞に対応した値をそれぞれ示す。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、実際に加工してみて良
好な加工品質を得たときのレーザ出力検出値を基準値と
して、加工区間内のパルス全体にわたっての比較誤差を
基に総合的に判定するようにしたので、実際のレーザ特
性および加工品質特性に応じた信頼性の高い判定結果が
得られ、品質管理を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例によるレーザ出力モニタ装
置のシステム構成を示すブロック図、第２図は、第１図
のＣＰＵ３０の諸機能を示すブロック図、 第３図は、実施例の動作を説明するためのタイミング図
、 第４図は、高速繰り返しパルスレーザ光のレーザ出力の
例を示す波形図、 第５図は、角部を含む加工区間に対するシーム溶接の方
法を示す略平面図、および 第６図は、第５図のレーザ加工に好適なレーザ出カバタ
ーンを示す図である。 図面において、 １２・・・・レーザ発振器、 １４・・・・ビームスプリッタ、 ２０・・・・光センサ、 ２２・・・・光電流−電圧変換回路、 ２４・・・・積分回路、 ２６・・・・Ｓ／Ｈ回路、 ２８・・・・Ａ／Ｄ変換回路、 ３０・・・・ＣＰＵ１ ３２・・・・メモリ、 ３６・・・・プリンタ、 ３８・・・・キーボード、 ４０・・・・ディスプレイ、 １０２・・・・基準値設定部、 １０４・・・・加工区間条件設定部、 １０６・・・・比較部、 １０８・・・・基準値記憶部、 １１０・・・・判定部、 １１２・・・・プリント部、 １１４・・・・画面表示部。 特許出願人　宮　地　電　子　株　式　会　社代理人　
弁理士　佐々木　を　孝 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所定の加工区間で高速繰り返しパルスレーザ光を被加工
   物に照射するレーザ加工において、前記高速繰り返しパ
   ルスレーザ光のレーザ出力を各パルスについて検出する
   レーザ出力検出手段と、 良好な加工品質を与えた高速繰り返しパルスレーザ光の
   各レーザ出力検出値を前記加工区間内のパルス全体にわ
   たりレーザ出力基準値として設定し記憶する手段と、 モニタされるべき高速繰り返しパルスレーザ光について
   、各レーザ出力検出値とそれに対応する前記レーザ出力
   基準値とを前記加工区間内のパルス全体にわたって比較
   し、全体的な比較誤差に基づいて加工の良否を判定する
   手段と、 を具備することを特徴とするレーザ出力モニタ装置。